(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ導入するＥＧＲ機構を備えた火花点火式の内燃機関において、
ＥＧＲガスの導入部位より上流の吸気通路に配置されたスロットル弁と、
前記スロットル弁より下流の吸気通路内の圧力を検出する検出手段と、
ノッキング発生時に点火時期を補正するためのノック制御を行うノック制御手段と、
内燃機関の発生トルクが要求トルクに一致するように前記スロットル弁の開度を補正するためのスロットル制御を行うスロットル制御手段と、
前記ＥＧＲ機構が作動する運転領域でノッキングが発生した場合に、前記ノック制御及び前記スロットル制御が実施された後の前記検出手段の検出値を予め定められた規定値と比較することにより、ＥＧＲガスの流量低下が発生しているか否かを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２】
請求項１において、前記判別手段は、前記検出手段の検出値が規定値より低い場合はＥＧＲガスの流量が低下していると判定し、前記検出手段の検出値が規定値より高い場合はＥＧＲガスの流量が低下していないと判定することを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、吸気バルブの動作タイミングを変更する可変動弁機構と、
前記判別手段によりＥＧＲガスの流量低下が発生していると判定された場合に、前記スロットル弁より下流の吸気通路内の圧力が低下するように前記可変動弁機構を制御する動弁制御手段と、
を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記内燃機関と独立に車両を駆動する原動機と、
前記判別手段によりＥＧＲガスの流量低下が発生していると判定された場合に、前記原動機の要求トルクを増加させるとともに前記内燃機関の要求トルクを低下させる動力制御手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ導入するＥＧＲ機構を備えた内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導入するＥＧＲ機構を備えた火花点火式の内燃機関において、ＥＧＲ機構の作動時（排気通路から吸気通路へＥＧＲガスが導入されているとき）にノッキングが発生すると、点火時期を遅角させるノック制御を行うとともに、ノック制御による点火時期の遅角量に基づいてＥＧＲガスの流量低下を検知する技術が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０８７５９号公報
【特許文献２】特開２００２−２５０２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ノッキングの発生要因は、ＥＧＲガスの流量低下に限られず、吸気温度や冷却水温度などが高いことに因る場合もある。これに対し、本発明は、ＥＧＲ機構の作動時におけるノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下に因るものか否かを判別可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ導入するＥＧＲ機構を備えた火花点火式の内燃機関において、
ＥＧＲガスの導入部位より上流の吸気通路に配置されたスロットル弁と、
前記スロットル弁より下流の吸気通路内の圧力を検出する検出手段と、
ノッキング発生時に点火時期を補正するためのノック制御を行うノック制御手段と、
内燃機関の発生トルクが要求トルクに一致するように前記スロットル弁の開度を補正するためのスロットル制御を行うスロットル制御手段と、
前記ＥＧＲ機構が作動する運転領域でノッキングが発生した場合に、前記ノック制御及び前記スロットル制御が実施された後の前記検出手段の検出値を予め定められた規定値と比較することにより、ＥＧＲガスの流量低下が発生しているか否かを判別する判別手段と、
を備えるようにした。
【０００６】
本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、ノック制御及びスロットル制御が実施される内燃機関において、ＥＧＲガスの流量低下によってノッキングが発生した場合と吸気温度や冷却水温度の上昇によってノッキングが発生した場合とでは、ノック制御及びスロットル制御の実施後における吸気管圧力（スロットル弁より下流の吸気通路内の圧力）に明確な差が表れることがわかった。
【０００７】
先ず、ＥＧＲガスの流量が低下した場合は、内燃機関の気筒内へ導入されるＥＧＲガスが減少する変わりに空気量が増加する。そのため、内燃機関の発生トルクが要求トルクを上回ることになる。これに対し、スロットル制御手段は、スロットル弁の開度を閉じ側へ
補正する。その結果、ＥＧＲガスの流量が低下した場合の吸気管圧力は、ＥＧＲガスの流量が低下していない場合よりも低くなる。
【０００８】
次に、吸気温度や冷却水温度が適温域より上昇した場合は、内燃機関の気筒内に吸入される空気の密度が低くなる。そのため、内燃機関の発生トルクが要求トルクを下回ることになる。これに対し、スロットル制御手段は、スロットル弁の開度を開き側へ補正する。その結果、吸気温度や冷却水温度が適温域より上昇した場合の吸気管圧力は、吸気温度や冷却水温度が適温域にある場合よりも高くなる。
【０００９】
したがって、ＥＧＲガスの流量低下が発生しておらず、かつ吸気温度や冷却水温度が適温域にあるときの吸気管圧力と検出手段の検出値とを比較することにより、ノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下に因るものであるか否かを判別すること可能となる。
【００１０】
そこで、本発明では、ＥＧＲガスの流量低下が発生しておらず、かつ吸気温度や冷却水温度が適温域にあるときの吸気管圧力を予め実験などを利用した適合処理によって求めておき、その吸気管圧力を規定値に定めるようにした。
【００１１】
かかる発明によれば、ＥＧＲ機構の作動領域においてノッキングが発生した場合に、ＥＧＲガスの流量低下が発生しているか否かを判別することができる。具体的には、判別手段は、検出手段の検出値が規定値より低ければノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下に因るものであると判定し、検出手段の検出値が規定値より高ければノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下以外に因るもの（たとえば、吸気温度や冷却水温度の上昇などに因るものである）と判定することができる。
【００１２】
本発明に係わる内燃機関の制御システムは、判別手段によりＥＧＲガスの流量が低下していると判定された場合に、吸気管圧力を低下させる手段を更に備えるようにしてもよい。詳細には、本発明に係わる内燃機関の制御システムは、吸気バルブの動作タイミングを変更する可変動弁機構と、判別手段によりＥＧＲガスの流量低下が発生していると判定された場合にスロットル弁下流の吸気通路内の圧力が低下するように可変動弁機構を制御する動弁制御手段と、を備えるようにしてもよい。
【００１３】
かかる発明によると、吸気管圧力の低下により排気通路から吸気通路へ流れるＥＧＲガスが増加する。その結果、ＥＧＲガスの流量低下を緩和又は解消することができる。なお、動弁制御手段は、吸気バルブの閉弁タイミングを進角させたり、又はバルブオーバーラップを減少させたりすることにより、吸気管圧力を低下させることができる。
【００１４】
なお、本発明が内燃機関と異なる原動機を備えた車両に適用される場合は、前記原動機の要求トルクを増加させるとともに内燃機関の要求トルクを低下させる動力制御手段を更に備えるようにしてもよい。内燃機関の要求トルクが低下すると、スロットル制御手段によりスロットル弁の開度が閉じ側に補正されることになる。その結果、吸気管圧力が低下し、ＥＧＲガスの流量低下が緩和又は解消される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＥＧＲ機構の作動時におけるノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下に因るものであるか否かを判別することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】ＥＧＲ作動領域におけるノッキングの発生要因を判別する際にＥＣＵが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】機関回転数とスロットル弁の開度と規定値Ｐｍｓｔとの関係を示す図である。
【図４】ＥＧＲガスの流量低下によりノッキングが発生した場合においてＥＧＲガス流量と点火時期とスロットル弁の開度との相関を示す図である。
【図５】吸気温度や冷却水温度の上昇によりノッキングが発生した場合においてＥＧＲガス流量と点火時期とスロットル弁の開度との相関を示す図である。
【図６】吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣと吸気管圧力とＥＧＲガス流量との相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
図１は、本発明に係わる内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を備えた火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１の各気筒２には、点火プラグ３が設けられている。また、各気筒２は、吸気ポートを介してインテークマニフォルド４の各枝管４０と連通している。
【００１９】
インテークマニフォルド４の集合部４１は、吸気管（インテークパイプ）５と接続されている。吸気管５の大気開放端から吸い込まれた空気は、該吸気管５によりインテークマニフォルド４の集合部４１へ導かれ、次いで集合部４１から各枝管４０を介して各気筒２へ分配される。
【００２０】
吸気管５の途中には、空気中の埃や塵を捕集するためのエアクリーナ６が配置されている。エアクリーナ６より下流の吸気管５には、該吸気管５内を流れる空気量を調整するスロットル弁８が配置されている。
【００２１】
また、内燃機関１の各気筒２は、排気ポートを介してエキゾーストマニフォルド９に連通している。エキゾーストマニフォルド９には、該エキゾーストマニフォルド９内を流れる排気の一部を取り出すためのＥＧＲ通路１０が接続されている。
【００２２】
ＥＧＲ通路１０は、その途中から４本に分岐してインテークマニフォルド４の４本の枝管４０にそれぞれ接続されている。ＥＧＲ通路１０において分岐部より上流側（エキゾーストマニフォルド９側）には、該ＥＧＲ通路１０の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１１が配置されている。ＥＧＲ通路１０及びＥＧＲ弁１１は、本発明にかかるＥＧＲ機構に相当する。
【００２３】
また、内燃機関１には、図示しない吸気バルブの動作タイミングを変更する可変動弁機構１７が取り付けられている。可変動弁機構１７は、たとえば、クランクシャフトに対するインテークカムシャフトの位相を変更する機構である。
【００２４】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１２には、エアフローメータ７、クランクポジションセンサ１３、アクセルポジションセンサ１４、ノックセンサ１５、吸気圧センサ１６などの各種センサが電気的に接続されている。
【００２５】
エアフローメータ７は、エアクリーナ６とスロットル弁８との間の吸気管５に配置され、該吸気管５を流れる吸気量に対応した電気信号を出力するセンサである。クランクポジ
ションセンサ１３は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転数（回転速度）に応じた電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１４は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するセンサである。ノックセンサ１５は、ノッキングの発生を検知するための加速度センサである。吸気圧センサ１６は、インテークマニフォルド４に取り付けられ、スロットル弁８下流の吸気管圧力を検出する圧力センサである。
【００２６】
また、ＥＣＵ１２には、点火プラグ３、スロットル弁８、ＥＧＲ弁１１、可変動弁機構１７などの機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１２は、前記の各種センサから入力した信号に応じて前記の各種機器を制御する。
【００２７】
たとえば、ＥＣＵ１２は、ノックセンサ１５の検出信号に応じて点火プラグ３の作動時期（点火時期）を補正するノック制御を行う。詳細には、ＥＣＵ１２は、ノックセンサ１５の検出信号からノック強度やノック頻度等を求め、それらを判定値と比較することによりノッキングが発生したか否かを判別する。
【００２８】
ノッキングが発生したと判定された場合は、ＥＣＵ１２は、点火時期を遅角補正してノッキングを抑制する。一方、ノッキングが発生していないと判定された場合は、ＥＣＵ１２は、点火時期を進角補正する。すなわち、ＥＣＵ１２は、ノッキングを抑制できる範囲内で点火時期を可及的に進角させることにより、燃料の性状（たとえば、オクタン価）に適した時期（ノック限界点火時期）に点火プラグ３を作動させる。
【００２９】
また、ＥＣＵ１２は、内燃機関１の要求トルクに応じてスロットル弁８の開度を制御するスロットル制御を行う。詳細には、ＥＣＵ１２は、アクセルポジションセンサ１４やクランクポジションセンサ１３の検出信号から要求トルクを演算する。また、ＥＣＵ１２は、内燃機関１の発生トルクを求める。内燃機関１の発生トルクは、筒内圧などをパラメータとして演算されてもよく、又はトルクセンサにより検出されてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１の発生トルクが要求トルクより小さい場合は、スロットル弁８の開度を開き側に補正することにより、内燃機関１の発生トルクを増加させる。一方、内燃機関１の発生トルクが要求トルクより大きい場合は、ＥＣＵ１２は、スロットル弁８の開度を閉じ側に補正することにより、内燃機関１の発生トルクを低下させる。
【００３１】
次に、ＥＣＵ１２は、クランクポジションセンサ１３、アクセルポジションセンサ１４、エアフローメータ７などの検出信号などから特定される機関運転状態が予め定められたＥＧＲ作動領域（ＥＧＲ弁１１が開弁される運転領域）に属するか否かを判別する。
【００３２】
機関運転状態がＥＧＲ作動領域に属する場合は、ＥＣＵ１２は、ＥＧＲ弁１１を開弁させる。その際のＥＧＲ弁１１の目標開度は、機関運転状態に応じて定められる。なお、ＥＧＲ弁１１の目標開度と機関運転状態との関係は、予め実験などを用いた適合処理によりマップ化されていてもよい。このようにＥＧＲ弁１１の開度が制御されると、各気筒２内で燃料が燃焼する際の温度を低下させることができる。その結果、内燃機関１から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）が減少する。
【００３３】
ところで、ＥＧＲ通路１０やＥＧＲ弁１１にデポジットなどが付着又は堆積すると、通路断面積が減少してＥＧＲガスの流量が減少する。その場合、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量も減少するため、ノッキングが誘発される。これに対し、ノック制御による点火時期の遅角量に応じてＥＧＲ弁１１の開度を増加させることにより、ＥＧＲガスの流量を増加させる方法が考えられる。
【００３４】
しかしながら、内燃機関１のノッキングは、ＥＧＲガスの流量が低下した場合に加え、吸気温度や冷却水温度が上昇した場合などにも発生する。ノッキング発生要因がＥＧＲガスの流量低下以外にある場合にＥＧＲガス流量の増加が図られると、内燃機関１の燃焼状態が悪化して排気エミッションが増加する可能性がある。
【００３５】
また、ＥＧＲ弁１１より下流のＥＧＲ通路１０にデポジットなどが付着又は堆積した場合は、ＥＧＲ弁１１の開度が増加されてもＥＧＲガスの流量低下を緩和及び解消することは困難となる。
【００３６】
そこで、本実施例の内燃機関の制御システムでは、ＥＣＵ１２は、ＥＧＲ作動領域でノッキングが発生した場合に、ノック制御及びスロットル制御が実行された後（たとえば、ノッキングの発生が抑制されるとともに内燃機関１の発生トルクが要求トルクに収束した後）の吸気圧センサ１６の検出値（吸気管圧力）に基づいて、ＥＧＲガスの流量低下が発生しているか否かを判別するようにした。すなわち、ＥＣＵ１２は、ＥＧＲ作動領域でノッキングが発生した場合に、ノック制御及びスロットル制御が実行された後の吸気管圧力に基づいて、ノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下にあるか否かを判別するようにした。
【００３７】
以下、ノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下にあるか否かを判別する手順について図２に沿って説明する。図２は、ＥＧＲ作動領域におけるノッキングの発生要因を判別する際にＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって周期的に実行される。
【００３８】
図２の制御ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ１０１においてノッキングが発生したか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０２へ進む。
【００３９】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１２は、機関運転状態がＥＧＲ作動領域に属しているか否かを判別する。Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０３へ進み、ノック制御及びスロットル制御が実施済みであるか否かを判別する。その場合、ＥＣＵ１２は、ノッキングの発生が抑制され、かつ内燃機関１の発生トルクが要求トルクに収束していれば、ノック制御及びスロットル制御が実施済みであると判定する。
【００４０】
前記Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、該Ｓ１０３の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０４では、ＥＣＵ１２は、吸気圧センサ１６の検出信号（吸気管圧力）Ｐｍを読み込む。
【００４１】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ１０４で読み込まれた吸気管圧力Ｐｍが規定値Ｐｍｓｔより低いか否かを判別する。前記した規定値Ｐｍｓｔは、ＥＧＲガスの流量低下が発生しておらず、かつ吸気温度や冷却水温度が適温域にある場合の吸気管圧力に相当する。言い換えれば、規定値Ｐｍｓｔは、ＥＧＲガスの流量低下が発生しておらず、かつ点火時期やスロットル弁８の開度が補正されていないときの吸気管圧力に相当する。
【００４２】
なお、規定値Ｐｍｓｔは、スロットル弁８の開度が大きいときより小さいときの方が低くなるとともに、機関回転数が低いときより高いときの方が低くなる傾向がある。そこで、図３に示すようなスロットル弁８の開度と機関回転数と規定値Ｐｍｓｔとの関係を定めたマップを予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶させておくようにしてもよい。
【００４３】
ここで、ＥＧＲガスの流量低下に起因したノッキングが発生したときに、ノック制御及びスロットル制御が実施されると、図４に示すように、点火時期が遅角されるとともにスロットル弁８の開度が閉じ側へ補正されることになる。その結果、ノック制御及びスロットル制御が実施された後の吸気管圧力Ｐｍは、規定値Ｐｍｓｔより低くなる。
【００４４】
一方、吸気温度や冷却水温度の上昇に起因したノッキングが発生したときに、ノック制御及びスロットル制御が実施されると、図５に示すように、点火時期が遅角されるとともにスロットル弁８の開度が開き側へ補正されることになる。その結果、ノック制御及びスロットル制御が実施された後の吸気管圧力Ｐｍは、規定値Ｐｍｓｔより高くなる。
【００４５】
なお、図４，５は、内燃機関１の発生トルク及び回転数が同等となる条件下におけるＥＧＲガス流量と点火時期とスロットル弁８の開度との関係を示したものである。
【００４６】
ここで図２の制御ルーチンに戻り、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０５において肯定判定された場合（前記した図４の関係が成立する場合）は、Ｓ１０６へ進み、ノッキングの発生要因がＥＧＲガスの流量低下にあると判定する。
【００４７】
その場合、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０７へ進み、吸気管圧力を低下させるための処理（吸気管圧力低下処理）を実行する。ここで、吸気管圧力低下処理の実行方法としては、図６に示すように、吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣを進角（早める）する方法を例示することができる。なお、図６は、内燃機関１の発生トルク及び回転数が同等となる条件下における吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣと吸気管圧力とＥＧＲガス流量との関係を示す図である。
【００４８】
吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣが進角されると、図６に示すように、吸気管圧力が低下する。吸気管圧力が低下すると、ＥＧＲ通路１０の上流端（エキゾーストマニフォルド９）と下流端（吸気管５）との圧力差が大きくなる。その結果、ＥＧＲ弁１１より下流のＥＧＲ通路１０において通路断面積の縮小が生じている場合であっても、ＥＧＲガス流量を増加させることができる。
【００４９】
なお、吸気管圧力を低下させる他の方法としては、吸気バルブの開弁タイミングを遅角、又は排気バルブの閉弁タイミングを進角させることにより、バルブオーバーラップ量を減少させる方法を例示することができる。
【００５０】
また、本発明を適用する車両に内燃機関１以外の原動機（たとえば、電動機）が搭載されている場合は、ＥＣＵ１２は、原動機の要求トルクを高めるようにしてもよい。その場合、内燃機関１と原動機の総トルクを変化させることなく内燃機関１の要求トルクを低下させることができるため、スロットル弁８の開度が閉じ側へ補正されることになる。スロットル弁８の開度が閉じ側へ補正されると、吸気管圧力Ｐｍが低下するため、ＥＧＲガスの流量低下が緩和又は解消される。
【符号の説明】
【００５１】
１     内燃機関
２     気筒
３     点火プラグ
４     インテークマニフォルド
５     吸気管
６     エアクリーナ
７     エアフローメータ
８     スロットル弁
９     エキゾーストマニフォルド
１０   ＥＧＲ通路
１１   ＥＧＲ弁
１２   ＥＣＵ
１３   クランクポジションセンサ
１４   アクセルポジションセンサ
１５   ノックセンサ
１６   吸気圧センサ
１７   可変動弁機構
４０   枝管
４１   集合部
【図１】
0005402579.tif 000002
【図２】
0005402579.tif 000003
【図３】
0005402579.tif 000004
【図４】
0005402579.tif 000005
【図５】
0005402579.tif 000006
【図６】
0005402579.tif 000007